Катастрофы: неистовая Земля - Тони Уолтхэм

Отличительной чертой лавовых каверн является то, что они почти хусегда расположены близко от поверхности, а их маломощная кровля имеет тенденцию к обрушению. Это представляет очевидную опасность в местностях, где дороги и дома построены на вулканогенных отложениях, как, например, в районе Маунт-Худ в Вашингтоне (округ Колумбия) или во многих местах Исландии. В 1970 г. было обнаружено, что главная магистраль, проходящая южнее Рейкьявика, пересекает лавовую пещеру Рау-фархолсхеллир. Непрочный базальтовый покров мощностью не более 4 м перекрывает одно из ответвлений пещеры и фактически поддерживает дорогу. Возможность обрушения очевидна, хотя неизвестно, случится ли оно наследующий год или же через Шлет. Сейчас ведут наблюдение за скоростью обрушения кровли, регулярно проверяя количество обломков, скапливающихся на дне пещеры. Этот способ оценки состояния трещиноватых пород, образующих арку над пещерой, нельзя признать удачным. Дорога же остается пока на своем прежнем месте.

Если обрушение твердых пород, перекрывающих полости, — ¦ явление довольно редкое, то проседание и обрушение мягких осадков, залегающих над кавернозными и ячеистыми известняками, случаются часто. Широко распространенные в мире известняковые отложения перекрываются обычно молодыми неконсолидированными осадками, чаще всего аллювием речного происхождения или ледниковой глиной. Оба эти типа осадков являются в основном полупроницаемыми, так что вода просачивается через них в залегающий ниже известняк. Там, где известняк трещиноватый, его растворение приводит к образованию в нем открытых щелей. Вода вымывает более мелкие частицы из перекрывающих осадков и уносит его вниз через эти щели; полости в известняке оказываются перекрытыми неустойчивым и несцементированным грубозернистым материалом. В конце концов этот материал обрушивается в полости в известняке и на земной поверхности образуется коническая впадина, называемая карстовой воронкой. Карстовые воронки могут появиться также в результате длительного растворения пород, в процессе которого поверхность известняка приобретает причудливую форму. Когда такая поверхность покрывается более поздними отложениями, под их гладким профилем могут скрываться ячейки и карманы, промытые в толще подстилающего известняка. Процесс выщелачивания способствует формированию депрессий проседания, которые часто сопровождаются обрушением карстовых воронок.

Долины проседания и карстовые воронки — обычное природное явление в местностях, где развиты известняки. Известняковые пещеры, лежащие ниже, зачастую имеют выход на земную поверхность. В 1944 г. на горе Айрбай-Фелл в Пеннинах обрушился 3-метровый слой валунной глины и в известняке открылась полость диаметром 7,5 м и глубиной 12 м с коридором. На плато Салем в штате Миссури при обрушении возникла пропасть, и хотя ее диаметр составлял 13 м, а глубина 20 м, вся она сформировалась в осадках, залегающих над известняком. В 1966 г. в толще Сикамор-Крик (тоже в Миссури), образовалась еще одна карстовая воронка. Ее глубина составляла 18 м, а диаметр 8 м. Двумя годами позже подобная пропасть, прорезавшая не только рыхлые приповерхностные отложения, но и сам известняк, разверзлась во время сильной бури в местечке Мэйнор-Фарм (Мен-дип-Хиллс). К счастью, ни один из этих четырех случаев непредсказуемого естественного обрушения не причинил никаких повреждений.

Для прогнозирования карстовых обрушений необходимо знать расположение соответствующих пещер. Там, где пещеры имеют открытые выходы, возможно их непосредственное исследование. Пещеры можно обнаружить также при помощи частой сети скважин, однако это чрезвычайно дорогостоящая операция. К сожалению, предсказать локализацию пещер, исходя из общих геологических соображений, обычно не удается. Были испробованы и дистанционные методы, но полученные результаты не дали однозначного ответа. Гравитационными методами можно обнаружить очень большие камеры либо погребенные карстовые воронки, однако уточнить детали при этом не удается. Сейсмические методы непригодны для четкого определения локализации пещеры, однако с их помощью можно проследить форму дна заполненных карстовых воронок. Электрическим зондированием можно успешно выявить зоны сильно трещиноватого известняка и даже точно указать положение отдельных коридоров пещеры, как это было сделано в Пен-Парке (Бристоль).

Обычная аэрофотосъемка имеет весьма ограниченное применение при установлении положения пещер и при поисках погребенных карстовых воронок, однако методами инфракрасной фотографии и микроволновой радиометрии (этот метод особенно эффективен) можно выявить колебания температуры грунта и изменения распределения воды, что в свою очередь бывает связано с конфигурацией пещеры. Итак, обнаружение пещер и предсказание обрушений — трудные задачи, и это вдвойне неприятно в наше время, когда обрушения участились вследствие нарушения природного равновесия деятельностью человека. Строительство дорог, земляные работы при возведении зданий, ирригация, откачка воды — все это вызывает изменения в характере движения природных вод, а толщи неконсолидированных осадков, перекрывающих кавернозные известняки, особенно чувствительны к такого рода изменениям.

В окрестностях города Бирмингем в штате Алабама залегает мощная толща доломитовых известняков, перекрытая глинами мощностью от 0,5 до 20 м, образовавшимися в результате эрозии верхней части известняковой толщи. Карстовые воронки в этом районе были почти неизвестны, пока в конце 50-х годов нашего века в результате дренажа двух карьеров не понизился местный уровень грунтовых вод. В 60-х годах произошли многочисленные обрушения. Были повреждены заводы, дороги, коммуникации. На одной из строек вскоре после закладки фундамента совершенно неожиданно образовалась карстовая воронка. Был также причинен ущерб железной дороге, а вдоль шоссе, соединяющего штат с соседними районами, появилось 150 карстовых воронок разного размера. Остановить бедствие можно было, только повысив уровень грунтовых вод (с последующим затоплением карьеров) или создав чрезвычайно дорогостоящую эффективную дренажную систему.

Еще более трагичный случай произошел с дорожным мостом у источников Тарпон-Спрингс в соседнем штате Флорида. Январской ночью 1969 г. под мостом образовалась карстовая воронка. Три опоры мЛста обрушились настолько быстро, что транспорт не успели остановить и один человек утонул. Невдалеке от источников Тарпон-Спрингс, на участке Вики-Вочи, в сентябре 1974 г. разверзлась карстовая воронка, поглотившая буровую вышку. И на этом участке глины покрывали трещиноватый известняк. Оказалось, что как только глубина бурения достигла 6 м, бур вошел в трещину, и неожиданный напор воды послужил началом обвала глины. Земля грохотала и трещала, и буровой бригаде пришлось спасаться бегством. Когда появилась воронка, вышка, смонтированная на грузовике, провалилась в нее; следом исчез и второй автомобиль, на котором были цистерна для воды, насосы и инструменты; в провал упало даже несколько сосен. За 10 мин оборудование стоимостью 100 000 долл. безвозвратно кануло в пропасть диаметром 45 м и глубиной 23 м, которая почти до краев заполнилась водой.

Долина Херши расположена в Аппалачах, в штате Пенсильвания. Она подстилается круто падающими ордовикскими известняками и ограничивается с боковых сторон сланцами и песчаниками. Большая часть известняка покрыта слоем неконсолидированных осадков и почвы мощностью около 18 м. Город Херши стоит на дне долины. Здесь же расположена большая фабрика по производству шоколада, местоположение которой частично обусловлено наличием мощных водных источников. В 3 км к северо-востоку велись подземные и вскрышные работы по добыче известняка. Когда в 1949 г. горные выработки углубились и было выкачано огромное количество воды, произошло сильное понижение уровня грунтовых вод, который до этого располагался на 9 м ниже днища долины. Результаты не замедлили сказаться. Колодцы пересохли, источники стали ослабевать и в конце концов тоже высохли. Реки иссякли, и за 5 месяцев в дне долины образовалось 100 карстовых воронок.

Большинство воронок представляло собой цилиндрические провалы диаметром от 1,5 до 6 м и глубиной около 8 м. Мосты, здания и дороги были разрушены или повреждены, хотя, к счастью, человеческих потерь не было. В основном карстовые воронки появились там, где уровень грунтовых вод упал на 15 м и более.

Поскольку одна из воронок росла в направлении фабрики, шоколадная корпорация Херши, осознавшая, что причиной всех бед является понижение зеркала грунтовых вод, начала нагнетать в скважины воду для восстановления прежнего уровня. Проседание удалось замедлить, но в ходе этих работ пришлось затопить шахты, иначе потребовались бы большие затраты. Поэтому в 1950 г. шоколадная компания и компания по добыче известняка оказались вовлеченными в сложную судебную тяжбу друг с другом. В результате стороны пришли к такому решению: в известняк вокруг горных выработок было проведено нагнетание цементного раствора, который создал гидроизоляцию и позволил продолжить добычу, тогда как вокруг шахт уровень грунтовых вод в долине оставался высоким. Это увенчалось полным успехом, и добыча продолжалась без образования карстовых воронок вплоть до 1953 г., когда горные выработки были куплены шоколадной компанией и затоплены.